一种计及频率稳定约束的风电承载能力计算方法与流程

本发明涉及频率安全稳定领域，尤其涉及一种计及频率稳定约束的风电承载能力计算方法。

背景技术：

1、随着全球环境问题日益突出，能源结构转型已成为全球各国发展的重要任务。近年来，可再生能源在电力系统中的渗透率迅速提升，锚定风电光伏装机达到12亿kw以上的发展预期[2]。然而，受系统调峰能力有限、可再生资源反向分配和省级输电通道障碍等因素的影响[3]，弃风弃光现象严重。因此，科学评估电力系统的可再生能源承载能力，对开展可再生能源在电力系统的规划、运行具有十分重要的意义。

2、电网可再生能源承载能力的评估受到众多影响因素的限制，其评估工作也比较繁琐，目前还没有标准的评估新能源消纳最大能力的方法。然而，由不同的思路出发，大致分为两种方法。时域仿真法就是针对某个明确的电网，筛选具有代表性和极端情况的运行方式，调整新能源场站装机容量，通过时域仿真验证几种典型故障后电网是否满足稳定性要求。但该方法比较繁琐，必须通过相当多的仿真来验证才能得到最大装机容量。文献[4]利用时域仿真法模拟了大规模新能源接入电网后是否满足稳定性要求，论证了电网的负荷规模、日运行规划、电源调节能力等都会影响新能源消纳能力。带约束的优化方法的基本思路是以某些约束作为条件，将新能源消纳能力最大化当作目标函数展开求解。文献[5]将电网静态安全作为约束条件，以新能源穿透功率最大为目标函数，利用内点法进行求解。文献[6]以系统新能源弃电率最小为目标函数，考虑系统运行约束如功率平衡约束，机组出力上下限约束，旋转备用约束等。

3、目前可再生能源承载能力评估方面的研究很少考虑频率稳定问题。由于风电机组一般是通过电力电子设备与电网异步连接的，说明风电机组的转子转速与电网频率是相互独立的关系，不存在耦合关系，随着传统的火电机组被风力发电机组所取代，系统的总惯量将逐渐减小[7]。这种现象将引发人们对发电和负荷需求突然失去平衡时的频率稳定性问题感到担忧[8]。事实上，由于系统惯量较低，一些国家的电力系统已经面临着频率变化率(rocof)过高而触发设备级防孤岛保护的问题。事故前新能源和直流受入占比约50％，瞬间累计功率损失达1131mw，rocof超过分布式电源设备级防孤岛保护设定值0.125hz/s，导致约350mw分布式电源脱网，进一步增大系统不平衡功率，频率快速下跌，最终触发低频减载造成大面积停电事故[9]。因此，频率稳定已成为限制电网可再生能源承载能力的主要因素，从频率稳定约束角度评估可再生能源承载能力是相当必要的，目前从频率稳定角度分析承载能力的文献比较少，大多是在机组投入(uc)模型中加入频率约束。restrepo和galiana在机组投入模型中加入一次频率调节约束和准稳态频率约束[10]。文献[11]在uc模型中融入了频率变化率和准稳态频率的频率限制，使系统运行成本最小。文献[12]在uc模型中加入了系统最小频率约束，并将其分段线性化处理。

4、目前可再生能源承载能力评估方面研究还未考虑加入频率稳定运行风险约束。因此本发明提出了计及频率稳定约束的风电承载能力评估方法。

5、参考文献

6、[1]j.p.xi,“speech at the general debate of the seventy-fifth unitednations general assembly,”gazette of the state council of the people'srepublic of china,2020,28,5-7.

7、[2]王怡.制定更积极新能源发展目标加快推动碳达峰、碳中和[n].中国电力报,2021-03-10(1).

8、[3]y.b.shu,z.g.zhang,j.b.guo and z.l.zhang,“study on key factors andsolution of renewable energy accommodation,”proceedings of the csee,2017,37,1-9.

9、[4]zaininger h w,bell d j.potential dynamic impacts of wind turbineson utility systems[j].power engineering review ieee,1981,per-1(12):30-30.

10、[5]雷亚洲,王伟胜,印永华,戴慧珠.一种静态安全约束下确定电力系统风电准入功率极限的优化方法[j].中国电机工程学报,2001(06):26-29.

11、[6]张振宇,王文倬,张钢,王智伟,马晓伟,褚云龙.基于非时序模型的新能源消纳能力评估方法[j].电力系统自动化,2019,43(20):24-30.

12、[7]doherty r,mullane a,nolan g,et al.an assessment of the impact ofwind generation on system frequency control.ieee transactions on powersystems,2010,25(1),452-460.

13、[8]l xie,et al.,"wind integration in power systems:operationalchallenges and possible solutions,"in proceedings of the ieee,2011,99(1),214-232.

14、[9]sun huadong,xu tao,guo qiang,et al.analysis on blackout in greatbritain power grid on august 9th,2019and its enlightenment to power grid inchina[j].proceedings of the csee,2019,39(21):6183-6191(in chinese).

15、[10]restrepo j and galiana f,“unit commitment with primary frequencyregulation constraints,”ieee transactions on power systems,2005,20(4),1836-1842.

16、[11]v.trovato,a.bialecki and a.dallagi.unit commitment with inertia-dependent and multispeed allocation of frequency response services.ieeetransactions on power systems,2019,34(2),1537-1548.

17、[12]ahmadi h and ghasemi h,“security-constrained unit commitment withlinearized system frequency limit constraints,”ieee transactions on powersystems,2014,29(4),1536-1545.

技术实现思路

1、本发明提供了一种计及频率稳定约束的风电承载能力计算方法，本发明加入了频率最低点和准稳态偏差约束，在保障系统频率稳定的同时有利于促进风电最大消纳，详见下文描述：

2、一种计及频率稳定约束的风电承载能力计算方法，所述方法包括：

3、通过转子运动方程推导频率最低点和准稳态偏差约束的数学模型；

4、构建含频率稳定约束的风电承载能力评估模型；

5、对上述模型进行计算，获取风电承载能力。

6、所述频率最低点的数学模型为：

7、

8、rt*ht>kt

9、其中，δfdb为调速器死区频率值；rt为t时段常规机组和新能源机组在预先设定的扰动下所计算出的预留备用容量之和；td为一次调频增发有功功率动作完成时间；d′t为负荷阻尼系数，δfmax为最大频率偏差值，kt为常数，δp′l为一次调频阶段的扰动量。

10、所述准稳态偏差约束的数学模型为：

11、

12、式中，δfqss为准稳态偏差；为允许的最大准稳态偏差。

13、所述含频率稳定约束的风电承载能力评估模型为：

14、

15、式中，nre为系统中接入新能源机组的节点集合；t为运行总时段；为i节点新能源机组在t时段的有功出力。

16、本发明提供的技术方案的有益效果是：

17、1、本方法可以确保系统的频率在安全合理的范围内，有效降低触发电力系统第三道防线的风险；

18、2、本方法可以最大程度保证风电场的经济效益，促进了新能源的有效消纳。